側壁帶小圓孔U形圓筒件的沖壓模具設計及工藝-高40外徑Φ100-落料沖孔復合模、沖側孔模含26張CAD圖,側壁,圓孔,圓筒,沖壓,模具設計,工藝,40,外徑,沖孔,復合,沖側孔模含,26,cad 圓筒件工藝及模具設計 XXX 摘要：本文綜述了當前國內外沖壓工藝及模具行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，并對當前國內外沖壓工藝及模具行業(yè)的發(fā)展和研究水平作了一個比較，分析了二者之間的差距；重點對該側沖孔圓筒件進行了工藝性分析，制定了一套工藝方案，并對各種工藝參數(shù)進行了設計和計算，據(jù)此設計了一套落料-拉深復合模和一套側沖孔模具及對各零部件的結構和尺寸進行了設計；在設計和計算過程中對可能出現(xiàn)的問題作了分析，提出了可行的解決方案；最后，本文對如何提高模具壽命的問題也作了積極的探討。 關鍵詞：沖壓、模具、工藝性、工藝方案、模具設計、模具壽命 Stamping Technology of Cylinder parts and Mold Design Abstract：This paper overviews the development situation of the stamping technology and mold fields, and makes a comparison to the development and the research level of the stamping technology and mold fields at home and abroad, then analyzes the gap between the two places. This paper focuses on analyzing the process of the Side punching Cylinder parts ,making a suit of the technology plan, then designing and calculating various technology parameters. According to these data I design a set of blanking - deep drawing die and a set of side punching die , the total structure and the size of the various parts. I also analyze the possible problems during the designing and calculating and then put forward the viable absolutions. In the end, this paper also discusses how to develop the natural life of the mold. Keyword: Stamping Mold process Technology Plans Mold Design Mold Life 目 錄 摘 要.................................................................... 3 一、緒論..................................................................4 1.1、課題來源..........................................................4 1.2、本課題的目的及意義................................................4 1.3、沖壓工藝簡介......................................................4 1.4、本課題國內外研究動態(tài)..............................................5 1.5、關鍵理論及主要研究內容............................................5 1.6、本章小結..........................................................6 二、設計任務及工藝性分析...............................................7 2.1、襯套沖壓工藝及模具設計資料準備....................................7 2.2、沖壓零件的工藝性分析..............................................7 三、落料拉深的工藝計算................................................12 3.1、毛坯直徑.........................................................12 3.2、確定能否一次拉深成形.............................................13 3.3、沖裁力壓力中心的計算.............................................13 3.4、拉深力的計算.....................................................14 四、模具零件主要工作部分尺寸計算.....................................15 4.1、模具結構及零部件設計流程.........................................15 4.2、尺寸計算原則.....................................................15 4.3、落料凸、凹模刃口尺寸的計算........................................16 4.4、拉深凸、凹模的尺寸的計算..........................................17 五、落料拉深復合模設計......................................... 19 5.1、落料凹模的設計...................................................19 5.2、模架的選擇.......................................................20 5.3、卸料板的設計.....................................................20 5.4、導向零件的設計...................................................21 5.5、模柄的設計.......................................................21 5.6、模板的設計.......................................................22 5.7、落料凹模固定板的設計.............................................22 5.8、落料拉深復合?？傃b圖設計.........................................22 六、側沖孔模具設計...............................................24 6.1、沖孔沖裁力.......................................................24 6.2、沖孔凸、凹模刃口尺寸的計算........................................24 6.3、模具總體結構設計.................................................24 6.4、模具總裝配圖設計.................................................25 七、提高模具壽命的措施.........................................26 7.1、模具失效的基本形式及原因.........................................26 7.2、提高模具壽命的措施...............................................26 八、設計總結.....................................................29 致 辭..........................................................30 參考文獻....................................................... 31 1、 緒 論 1.1、課題來源 結合畢業(yè)后即將從事的工作和自己的興趣方向，向導師提出申請，王振球老師制定。 1.2、本課題的目的及意義 根據(jù)統(tǒng)計，沖壓件在各個行業(yè)中均占有相當大的比例。由于沖壓加工經常是在材料冷態(tài)下進行的，所用的原材料一般為板材或帶材，因此也稱為冷沖壓或板料沖壓。沖壓模具為實施沖壓工藝的專用工裝。它被安裝在壓力機上，通過對板料施加壓力使板料產生分離或塑性變形，從而獲得所需要的零件。沖壓生產的操作簡單，生產率高，而且加工出的零件具有成本低、重量輕、剛度好、尺寸穩(wěn)定、互換性好等優(yōu)點。代替了很多鑄造、鍛造、切削加工等方法制造零件。因此，沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民經濟的加工工業(yè)中占有重要的地位。 本課題旨在對帶側沖孔圓筒件類零件的沖壓工藝設計和模具設計作一個初步的研究和探討，并圍繞本課題查閱相關資料，了解當前國內外沖壓模技術的研究狀況和發(fā)展趨勢，學習沖壓工藝設計和模具設計的一般流程和方法；提出幾套工藝方案并進行比較，選擇最佳方案，然后設計模具圖；通過動手實踐熟悉沖壓模具設計的一般步驟和方法，并學習Auto CAD等相關軟件的應用，為以后的工作打下基礎。 1.3、沖壓工藝簡介 冷沖壓是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需零件(俗稱沖壓件或沖件)的一種壓力加工方法。因為它通常是在室溫下進行加工，所以被稱為冷沖壓。 沖模是將材料加工成所需沖件的一種工藝裝備。沖模在冷沖壓中至關重要，一般來說，不具備符合要求的沖模，冷沖壓就無法進行;先進的沖壓工藝也必須依靠相應的沖模來實現(xiàn)。 冷沖壓與其他加工方法相比，具有獨到的特點，所以在工業(yè)生產中，尤其在批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門都越來越多地采用冷沖壓加工產品零部件，如機械制造、車輛生產、航空航天、電子、電器、輕工、儀表及日用品等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當大，不少過去用鑄造、鍛造、切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在已經被質量好、剛度好的沖壓件所代替。通過沖壓加工，大大提高了生產率，降低了成本?？梢哉f，如果在生產中不廣泛采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門的產品要提高生產率、提高質量、降低成本，進行產品的更新?lián)Q代是難以實現(xiàn)的。 1.4、本課題國內外研究動態(tài) （1）國外沖壓模具行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢 高新技術在歐美模具企業(yè)得到廣泛應用, 歐美許多模具企業(yè)的生產技術水平, 在國際上是一流的。將高新技術應用于模具的設計與制造, 已成為快速制造優(yōu)質模具的有力保證。 1、CAD/CAE/CAM的廣泛應用, 顯示了用信息技術帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。 2、為了縮短制模周期、提高市場競爭力, 普遍采用高速切削加工技術。 3、快速成型技術與快速制模技術獲得普遍應用。 （2）國內沖壓模具制造技術現(xiàn)狀 目前,我國沖壓模具的制造技術已取得很大進步。加之國內模具行業(yè)采用了國際上先進的模具加工廠設備、制造技術和軟件,實現(xiàn)了CAD / CAE / CAM 一體化,提高了沖壓模具的設計開發(fā)和制造能力,縮短了模具的生產周期。此外,許多研究機構和大專院校也在開展模具技術的研究。。國內的模具企業(yè)也在充分抓住汽車工業(yè)所帶來的發(fā)展契機,加大設備、產品、生產規(guī)模的升級步伐,積極開拓國內外市場。 （3）模具制造技術與工業(yè)發(fā)達國家的差距 1、沖壓模具CAD/ CAE/ CAM 技術的開發(fā)手段比較落后、技術的普及率不高,應用不夠廣泛 2、精密加工設備在模具加工設備中所占比重較低 3、生產沖壓模具的各種條件不完備 4、生產沖壓模具的專用技術尚未成熟,大多仍還處于試驗摸索階段 5、模具標準件標準化程度及使用覆蓋率較低 （4）沖壓模具制造技術的發(fā)展趨勢 1、模具設計的網絡化、智能化、三維化 2、模具加工的系統(tǒng)化、一體化、快速化 3、模具生產的專業(yè)化、標準化、商品化 1.5、關鍵理論及主要研究內容 本課題中所涉及的主要理論包括金屬塑性變形理論、沖壓工藝理論和模具設計理論。主要研究內容包括： 1、分析零件圖及其工藝參數(shù)，提出兩種工藝方案并進行比較，確定最佳工藝方案。 2、根據(jù)所確定的工藝方案，確定模具總體結構和相關參數(shù)。然后進行模具零件參數(shù)和細節(jié)設計。 3、使用AutoCAD軟件繪制二維模具零件圖和裝配圖。 1.6、本章小結 本章簡要說明了本課題的來源以及研究本課題的目的和意義，并對沖壓工藝和模具作了一個簡單的介紹。綜述了當前國內外沖壓工藝和模具行業(yè)的發(fā)展和研究狀況，并對當前國內外沖壓工藝和模具行業(yè)的發(fā)展和研究水平作了一個比較，分析了二者之間的差距。最后最沖壓工藝和模具行業(yè)的發(fā)展趨勢和前景作了一個展望。 二、設計任務及工藝性分析 2.1、襯套沖壓工藝及模具設計資料準備 圖1 帶側沖孔圓筒件零件圖 工件圖：如圖1； 材料：10鋼； 厚度：2mm； 生產批量：中批量批量； 設備情況、械具制造條件及水平（參照中型企業(yè)），各種技術標準、設計手冊及有關資料。 2.2、沖壓零件的工藝性分析 （1）、零件工藝分析 沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量設計是否合理。一般來講，在滿足工件使用要求的條件下，能以最簡單最經濟的方法將工件沖制出來，就說明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。當然工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓水平和設備條件等因素的影響。以上要求是確定沖壓件的結構、形狀、尺寸等對沖裁件工藝的適應性的主要因素。根據(jù)這一要求對該零件進行工藝分析。 本零件形狀簡單而規(guī)則，零件尺寸公差無要求，故按IT14級選取，利用普通沖裁方式可達到圖樣要求。由于該件外形簡單，形狀規(guī)則，適于沖裁加工。材料為10鋼，厚度為2.0mm。 （2）、工藝方案的確定 確定方案就是確定沖壓件的工藝路線，主要包括沖壓工序數(shù)，工序的組合和順序等。確定合理的沖裁工藝方案應在不同的工藝分析進行全面的分析與研究，比較其綜合的經濟技術效果，選擇一個合理的沖壓工藝方案。 生產該零件所需的工序為：落料、拉深、側沖孔。 在比較和選擇工藝方案時，應綜合考慮以下幾種因素的影響。 1、模具的制造成本。 2、模具的復雜程度。 3、生產操作的方便性。 4、生成出制品的質量。 方案一：三道工序全部采用單工序模具，則需要三副模具。該方案的特點是：模具結構簡單、生產率低、沖壓件累計誤差較大。用于批量不大、精度要求不高的工件。 方案二：使用一副落料拉深復合模和一副側沖孔模，該方案只需兩幅模具。特點是：模具結構復雜、生產率較高，沖壓件精度高。用于批量大、精度要求較高的工件。 通過以上分析可知。在中批量生產的情況下。選擇方案二更合理。 （3）、排樣的確定 沖裁件在條料或板料上的布置方法叫排樣。排樣正確與否將影響材料的合理利用、沖件質量、生產率、模具結構與壽命等。排樣不合理就會浪費材料，衡量排樣經濟性的標準時材料利用率，也就是工件的試劑面積與板料面積A的比值，即 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可分為三種：有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣。 在沖壓生產實際中，由于零件的形狀、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供應等方面的不同，不可能提供一種固定不變的合理排樣方案。但在決定排樣方案時應遵循的原則是：保證在最低的材料消耗和最高的勞動生產率的條件下得到符合技術條件要求的零件，同時要考慮方便生產操作，沖模結構簡單、壽命長以及車間生產條件和原材料供應情況等，總之，要從各方面權衡利弊，以選擇出較為合理的排樣方案。 （4）、搭邊 排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊雖然是廢料，但在沖裁工藝中卻有很大的作用。它補償了定位誤差，確保沖出合格零件。搭邊可以增加條料剛度，方便條料送進，提高勞動生產率。搭邊還可以避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高模具壽命。 影響搭邊大小的因素主要有以下幾點： 1、材料的力學性能：硬材料的搭邊值可小一些，軟、脆材料的搭邊值要大一些。 2、沖裁件的形狀與尺寸：沖裁件尺寸大或是有尖突的復雜形狀時，搭邊值取大些。 3、材料厚度：厚材料的搭邊值要取大些。 4、送料及擋料方式：用手工送料，有側壓裝置的搭邊值可以小些，用側刃定距比用擋料銷定距的搭邊小一些。 5、卸料方式：彈性卸料比剛性卸料的搭邊小一些。 搭邊的值是由經驗確定的，其經驗數(shù)見下表15（這里僅列舉圓形或圓角大于兩倍料厚的工件）： 表1-1 最小搭邊值 料 厚 t 圓 形 或 圓 角 r >2t 的 工 件 工 件 間 側 邊 0.25以下 0.25~0.5 0.5~0.8 0.8~1.2 1.2~1.6 1.6~2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 3.0~3.5 3.5~4.0 4.0~5.0 5.0~12 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.5 3.0 0.6t 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.5 2.8 3.5 0.7t 為提高材料利用率，同時又保證產品質量，取為1.5mm，a為1.8mm。 （5）、無側壓裝置時條料的寬度與導料板間距離的確定 無側壓裝置的模具，應考慮在送料過程中因條料的擺動而使側面搭邊減少。為了補償側面搭邊的減少，條料寬度應增加一個條料可能的擺動量，故按下式計算： 條料寬度 導料板間距離 式中 ——條料寬度方向沖裁件的最大尺 寸； ——側搭邊值； ——條料寬度的單向（負向）偏差； ——導料板與最寬條料之間的間隙。 表16 條料寬度偏差（mm） 條料寬度 B /mm 材 料 厚 度 t/mm ~1 1~2 2~3 3~5 ~50 50~100 100~150 150~220 220~300 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 表17 導料板與條料間的最小間隙 材料厚度t/mm 無 側 壓 裝 置 有 側 壓 裝 置 條 料 寬 度B/mm 條 料 寬 度B/mm 100以下 100~200 200~300 100以下 100以上 ~0.5 0.5~1 1~2 2~3 3~4 4~5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 8 8 8 8 8 8 查上兩表16、17可知本工件0.7mm，則取Z=1mm，則有 條料寬度 （106+2x1.5+1）=110mm； 導料板間距離 A=111mm。 一張完整的排樣圖應標注條料寬度、條料長度L、板料厚度t、端距l(xiāng)、步距S、工件間搭邊和側搭邊。 排樣圖應繪在沖壓工藝規(guī)程卡上和沖裁?？傃b圖的右上角。 通過以上分析和計算得出排樣方式如圖2所示： 圖2 排樣圖 三、落料拉深沖孔的工藝計算 3.1、毛坯直徑 計算其毛坯直徑為： （公式2） 圖3 經落料拉深的工件 如圖3所示，知d=52mm，h=39。 由于板料的各向異性和模具間隙不均等因素的影響，拉深后零件的邊緣不整齊，甚至出現(xiàn)耳子，需在拉深后進行修邊，因此，計算毛坯直徑時需要增加修邊余量。查表3-1知該圓筒件拉深的修邊余量為 表3-1 零件高度/mm 修邊余量Δh/mm 零件高度/mm 修邊余量Δh/mm 10~50 50~100 1~4 2~6 100~200 200~300 3~10 5~12 Δh=1~4mm，在此選擇Δh=2mm 故 H=h+Δh=39+2=41mm 將數(shù)據(jù)代入公式2，得===106mm 3.2、確定能否一次拉深成形 毛坯的相對厚度： 零件需要的拉深系數(shù)為： 查表4-5（《沖壓模具設計及實例精析》）得第一次拉深的極限拉深系數(shù)為m=0.48-0.50， 則，可以一次拉伸成形。 3.3、沖裁力和壓力中心的計算 （1）、在沖壓生產過程中，沖壓力包括：使材料產生塑性變形獲得相應工件形狀的各工序沖壓力，以及卸料力、推件力和頂件力等。所有沖壓力的合力中心則稱為壓力中心。計算沖壓力的目的，是為了選擇合適的沖壓設備或彈性元件。計算壓力中心的目的，則是為了使壓力中心位于沖壓設備允許的偏心范圍內，以免偏心過大使模具受理不均勻，影響模具壽命。 由于沖壓過程中材料的彈性變形及摩擦的存在，沖壓后帶孔部分的材料會緊箍在凸模上，而落下部分的材料會緊卡在凹模洞口中。從凸模上卸下緊箍著的材料所需的力稱為卸料力；把落料件從凹模洞口順著沖壓力方向推出去的力稱為推件力，逆著沖壓方向頂出來的力稱為頂出力。壓料力則是指在沖壓成形過程中，通過壓料板控制材料的流動以獲得良好的成形性能所需要的力。 （2）、壓力中心的計算 為了保證壓力機和模具正常地工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊中心線相重合。否則在沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜，引起凸，凹模間隙不均和導向零件加速磨損，造成刃口和其他零件的損壞，甚至還會引起壓力機導軌磨損，影響壓力機精度。 形狀簡單而對稱的工件，如圓形、正多邊形、矩形，起沖裁時的壓力中心與工件的幾何中心重合。形狀復雜的工件、多凸模沖孔模及連續(xù)模的壓力中心則用解析法或作圖法來確定。 由該零件的形狀特點很容易看出，本沖孔切邊工序的壓力中心就在零件的幾何中心，即圓心所在位置。 （3）、計算沖裁力的目的是為了合理地選用壓床和設計模具。壓床的噸位必須大于所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。 平刃模具沖裁是，其沖裁力可按下式計算： 式中 t——材料厚度（mm）； ——材料抗剪強度（Mpa）； L——沖裁周長（mm）。 考慮到模具刃口的磨損，凸凹模間隙的波動，材料機械性能的變化，材料厚度偏差等因素，十級所需沖裁力還須增加30%，即 查表8-49（《實用沖壓技術手冊》）知=260～340Mpa，取最大值 則落料沖裁力為： 3.4、拉深力的計算 生產中常用以下經驗公式計算： (公式8) （因為工件可以一次拉深成形，故在此只列出第一次拉深的拉深力公式）式中 t——料厚； ——拉深后圓筒件直徑； ——抗拉強度 K——系數(shù)。 查表8-49（《實用沖壓技術手冊》）知=295～430Mpa 查表4-9（《沖壓工藝學》）知K=0.95 則 4、 模具零件主要工作部分尺寸計算 4.1 、模具結構及零部件設計流程 模具結構及零部件設計就是確定實現(xiàn)沖壓工藝方案所需模具的功能結構，以及組成功能結構的零件及其安裝關系。設計結果以零件裝配圖、零件明細表及零件圖表示。圖4—1所示為沖模結構及零部件設計的一般流程及主要設計內容。 在實際設計流程中，上述流程各部分間是相互影響的，有時需要交替進行。例如，在工作件的設計過程中，就需要考慮輔助裝置對其形狀及結構的影響。 圖4—1 模具結構及零部件設計流程 4.2、尺寸計算原則 模具刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差來保證。從生產時間中可以發(fā)現(xiàn): 1、由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都是帶有錐度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。 2、在測量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準，沖孔孔徑是以小端尺寸為基準。 3、沖裁時，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，結果使間隙愈用愈大。 由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時，需考慮下述原則： 1、落料制件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時孔的尺寸由凸模尺寸決定。故設計落料模時，以凹模為基準，間隙取在凸模上；設計沖孔模時，以凸模為基準，間隙取在凹模上。 2、考慮到沖裁中凸、凹模的磨損，設計落料模時，凹模基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內的較小尺寸；設計沖孔模時，凸?；境叽鐒t應取工件孔的尺寸公差范圍內的較大尺寸。這樣，在凸、凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格零件。凸、凹模間隙則取最小合理間隙值。 3、確定沖模刃口制造公差時，應考慮制件的精度要求。如果對刃口精度要求過高（即制造公差過?。?，會使模具制造困難，增加成本，延長生產周期；如刃口精度要求過低（即制造公差過大），則生產出來的零件可能不合格，或使模具的壽命降低。本次設計的零件沒有標注公差，因其為圓形件，可按IT6～7精度制造模具。 4.3、落料凸、凹模刃口尺寸的計算 落料凸模、凹模刃口尺寸分別為： （公式9） （公式10） 式中 、——分別為落料凸、凹模的刃口尺寸（mm）； ——落料件外形的最大極限尺寸（mm）； 、——分別為凸、凹模的制造公差（mm）； Δ——零件（工件）的公差（mm）； ——磨損系數(shù)； ——最小合理間隙。 已知落料件外形尺寸（即毛坯尺寸）為=106mm，毛坯厚度t=2mm 查表2-21（《實用沖壓技術手冊》）得零件的公差為Δ=0.30mm 查表2-28（《實用沖壓技術手冊》）得落料凸、凹模的極限偏差分別為： =－0.025mm =+0.035mm 查表2-30（《實用沖壓技術手冊》）得磨損系數(shù)=0.5 查表2-4（《實用沖壓技術手冊》）得沖裁模刃口雙面間隙為 =0.13mm =0.18mm 將數(shù)據(jù)代入公式9和公式10，得落料凸模、凹模刃口尺寸分別為 4.4、拉深凸、凹模的尺寸的計算 1、凸模圓角半徑 由于零件可一次拉深成形，故凸模圓角半徑應等于零件的圓角半徑，即 =5mm 2、凹模圓角半徑 與毛坯厚度、零件的形狀尺寸和拉深方法等有關，按有關經驗公式計算： =（1-1.4） 6mm （公式13） 式中 ——凹模圓角半徑（mm）； 3、凸、凹模間隙c 決定間隙c時，不僅要考慮材質和板厚，還要考慮工件的尺寸精度和表面質量要求。 因該工件拉深時不用壓邊圈，故 式中 ——材料最大厚度。 則 ，在此取c=2mm。 4、工作部分尺寸的確定 （1）確定凸模和凹模工作部分尺寸，應考慮模具的磨損和拉深件的彈復，其尺寸公差只在最后一道工序考慮。 （2）最后一道工序凸、凹模工作部分尺寸，應按拉深件尺寸標注方式的不同，按照下列公式進行計算。 拉深凹模尺寸 （公式14） 拉深凸模尺寸 （公式15） 式中 、——分別為拉深凹模、凸模尺寸（mm）； ——拉深外形的基本尺寸（mm）; Δ——零件（工件）拉深直徑的極限偏差（mm）； c——凸、凹模的單邊間隙； 、——分別為凸、凹模的制造公差（mm）。 工件拉深外形的基本尺寸=54mm 查表 4-1（《實用沖壓技術手冊》）得Δ=+0.50mm 查表4-48（《實用沖壓技術手冊》）得落料凸、凹模的極限偏差分別為： =－0.08mm =+0.12mm 將數(shù)據(jù)代入公式14和公式15，得拉深凹模、凸模尺寸分別為： 5、 落料拉深復合模設計 5.1、落料凹模的設計 1、凹模的結構形式與固定方法 因為本次設計課題中的圓筒件屬于小型工件，所以凹模選用整體式凹模結構，其俯視外形按毛坯和工件形狀可做成外形為矩形，內孔為圓形的凹模，用螺釘和銷釘直接固定在模板上。 整體式凹模的特點是制造簡單，但工作部分與非工作部分做為一體，全由優(yōu)質鋼制造，使用時，若局部損壞就得整體更換。綜合考慮其優(yōu)缺點，該形式適合本次設計所需的形式。 圖5-1 落料凹模 2、凹模的孔口形式圖 因為本次可設中落料件的形狀簡單，精度要求不高，且毛坯厚度較薄。所以在此，凹模的孔口形式選用如圖5-1所示的形式： 該形式的孔口為錐形，其優(yōu)點是孔內不易積存工件或廢料，孔壁所受的脹力、摩擦力小，所以凹模的磨損及每次的刃磨量小；缺點是刃口強度較低，且刃口尺寸在修模 后略有增大。綜合考慮其優(yōu)缺點，該形式適合本次設計所需的形式。 查表得α=15＇，h≥6mm，此處取h=6mm 3、凹模外形尺寸的確定 凹模外形尺寸應保證有足夠的強度和剛度。一般根據(jù)沖裁件尺寸和板料厚度，按下列經驗公式確定外形尺寸。 凹模高度： =K·b （≥15mm） （公式16） 凹模壁厚（刃口到外邊緣的距離）： C=（1.5～2.0） （≥30～40mm） （公式17） 式中 b——沖裁件最大外形尺寸（mm）; K——系數(shù)?？紤]坯料厚度影響的系數(shù)。 在此 查表7-4（《實用沖壓技術手冊》）得系數(shù)K=0.2 將數(shù)據(jù)代入公式16和公式17，得=21.2mm，C=31.8～42.4mm,取C=35mm 又工件為40mm高，取=60mm， 5.2、模架的選擇 根據(jù)凹模的周邊尺寸，在《實用沖壓技術手冊》的附錄J中選擇合適的模架。 在此選后側導柱模架，如下圖5-2 圖5-2 模架 1——上模座 2——下模座 3——導柱 4——導套 各部分如下（單位：mm） L=250mm ，B=250mm 閉合高度：=245，=280； 上模座：360×345×50； 下模座：360×345×60； 導柱：40×230； 導套：40×125×48 5.3、卸料板的設計 卸料裝置有剛性卸料裝置、彈性卸料裝置和廢料切力等形式。本次設計選擇剛性卸料板，屬于剛性卸料裝置，裝在凹模和導料板上。它結構簡單，卸料力大。 卸料板與凸模之間的單面間隙，對于固定卸料板，取（0.1～0.5）mm。 卸料板外形尺寸與凹模外形尺寸一致。卸料板厚度與卸件尺寸及卸料力有關，一般為： （公式18） 式中 ——卸料板厚度（mm）； ——凹模厚度（mm）。 已知=21mm，所以算得卸料板厚度=（17～21）mm，取=20mm 5.4、導向零件的設計 常用的導向裝置有導板式、導柱導套式和滾珠導套式。本次設計選用導柱導套式。 其布置方式為后側布置，該布置方式雖然受力不平衡，影響導向精度，但它三個方向敞開，送料操作方便，容易實現(xiàn)機械化、自動化生產。 結構形式選擇滑動導柱、導套。 圖7 a)導柱 b）導套 圖7中，a為導柱，b為導套。導柱下部長度l與下模板導柱孔采用過盈配合，上部長度與導套孔d采用間隙配合，導套孔徑d有油槽，用以加油潤滑，外徑D與上模板導套孔采用過盈配合，配合時，孔徑會收縮，所以導套過盈配合部分的孔徑應比導套和導柱間隙配合部分的孔徑d大1mm，為（d+1）mm（見圖7）。 根據(jù)沖壓工序性質、沖件精度以及模具壽命等要求，導柱和導套的配合精度選擇。導柱和導套為間隙配合，要求配合便面堅硬和耐磨，且有一定的強韌性，常用20號鋼制作，表面經過滲碳淬火處理，硬度為HRC58～62，滲碳層深度0.8～1.2mm。 5.5、模柄的設計 本次設計的模具的總沖裁力為： （公式20） 式中 ——落料力（N）； ——拉伸力（N）。 已知=295KN, ，=133.4K N 所以將數(shù)據(jù)代入公式20，得 =428.4kN 模柄是連接上模與壓力機的零件，1000kN以下壓力機的模具安裝。本次設計的模具符合條件，可以使用模柄連接。 本次設計選用有凸緣的模柄，用3個螺釘固定在上模板的孔窩內。 壓力機選擇摩擦壓力機。 5.6、模板的設計 上、下模板上不僅要安裝沖模的全部零件，而且要承受和傳遞沖壓力。因此，模板應具有足夠的強度和剛度。如果剛度不足，工作時會產生較大的彈性變形，導致模具零件迅速磨損或破壞，使沖模壽命顯著降低。 上、下模板與導向裝置的總體成為模架。模具設計時，通常是按標準選用模架。本書于6.2章節(jié)處選擇了合適的模架。 5.7、落料凹模固定板的設計 凹模固定板主要用于小型凸模、凹?；蛲拱寄５裙ぷ髁慵墓潭?。凸模固定板或凹模固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本上是一致的，厚度?。?.6～0.8）。在此，計算結果得固定板厚度為（13～17）mm，取20mm。 凸、凹模固定板由A3或45號鋼制造。 5.8、落料拉深復合?？傃b圖設計 模具工作原理（圖形見下）： 條形板料通過固定卸料板中的定位槽送進定位。上模下行，落料拉深凸凹模與落料凹模完成落料。上模繼續(xù)下行，落料拉深凸凹模與拉深凸模完成拉深。上?；爻虝r，固定卸料板卸下落料拉深凸凹模上的條形廢料。頂件器頂出拉深凸模上的制件，若制件卡在落料拉深凸凹模的內孔中，可由打料盤推出。 落料拉深復合模的裝配圖如圖9所示： 圖9 1-下模座 2-導柱 3-落料凹模固定板 4-螺釘 5-銷釘 6-導套 7-上模座8-螺釘 9-打料桿10-模柄 11-銷釘 12-擋料銷 13-頂件器 14-拉深凸模 15-頂桿 16-卸料板 17-落料凹模 18-凸凹模 6、 側沖孔模具設計 6.1、沖孔沖裁力 由于沖孔所對應的要求與落料沒什么區(qū)別，只是沖頭的直徑大小不同，為此可參照落料取相同的數(shù)值，簡化設計過程和加工難易程度。因此 6.2、沖孔凸、凹模刃口尺寸的計算 沖孔凸模、凹模刃口尺寸分別為： （公式11） （公式12） 式中 、——分別為沖孔凸、凹模的刃口尺寸（mm）； ——沖孔件孔徑的最小極限尺寸（mm）； 、——分別為凸、凹模的制造公差（mm）； Δ——零件（工件）的公差（mm）； ——磨損系數(shù)； ——最小合理間隙。 已知沖孔件孔徑的尺寸為=5mm，毛坯厚度t=2mm 查表2-21（《實用沖壓技術手冊》）得零件的公差為Δ=0.06mm 查表2-28（《實用沖壓技術手冊》）得沖孔凸、凹模的極限偏差分別為： =－0.020mm =+0.020mm 其余所需數(shù)據(jù)于5.2中已查表得出，故將數(shù)據(jù)代入公式11和公式12后得沖孔凸模、凹模刃口尺寸分別為： 6.3、模具總體結構設計 6.3.1條料（工件）送進與定位方式 根據(jù)工件的形狀，擬采用手工送料，而工件的定位則依靠零件自身的形狀來實現(xiàn)。 6.3.2卸料和出件方式 由于該零件的材料較薄，為保證制件的平整度，采用彈性卸料板卸料，同時卸料板也可起到壓料作用。而沖孔廢料則由凹模下方排出。 6.3.3導向方式及模架選用 模具的導向是指模具上、下模間的導向，一般都是采用安裝在模架上的導柱、導套進行導向的。這里也采用導柱、導套進行導向，本模具采用后側導柱模架。 1、根據(jù)主要工作部分尺寸及結構，參照有關資料，可選取I級精度的后側導柱模架即： 上模座： HT200 下模座： HT200 導柱： 20鋼 導套： 20鋼 導柱、導套滲碳深度為0.8－1.2mm，硬度為58－62HRC 2、選用如圖5-2的后側導柱模架 各部分如下（單位：mm） L=160mm ，B=125m 閉合高度：=190，=225； 上模座：240×190×40； 下模座：360×345×50； 導柱：32×190； 導套：32×105×43 6.4、模具總裝配圖設計 該沖孔模結構簡單而緊湊，比起用橫向沖壓結構進行沖孔要簡單實用，但其局限性明顯，模具承載穩(wěn)定性不良。而且沖孔范圍僅限于沿軸線方向，沖裁力不大，屬于薄板輕載沖裁。 該模具采用滑動導向后側導柱模架彈性卸料結構。其凹模為圓柱體并裝在垂直支座上，呈懸臂狀。凸模，凹模刃口均為與沖孔拉伸件直徑相匹配的圓弧，沖孔間隙按料厚的4%-4.5%計算，凹模采用臺階式洞口。 7、 提高模具壽命的措施 由于模具的生產加工周期長，模具材料費用高，模具制造成本在實際生產成本中占有相當大的比例。因此，對于沖壓模具除了要求生產效率高、所生產的零件符合其質量要求和技術條件外，提高沖壓模具的使用壽命也是非常重要的m?？梢哉f，沖模壽命的高低直接影響著沖壓加工的生產效率和生產成本，它也是衡量模具質量的重要指標之一，因此，在這里，我們有必要對如何提高沖模壽命的問題加以探討。 7.1、模具失效的基本形式及原因 1、模具失效的基本形式 要提高模具壽命，首先應分析模具的失效形式。所謂模具失效形式，就是使模具喪失正常工作能力的某種損傷形式。只有充分了解了導致?lián)p傷的原因及各種影響因素，才能在消除某一種損傷形式時，不至于顧此失彼，而使其它損傷形式加速發(fā)展。 模具損傷的基本形式有5種:過量塑性變形:磨損:疲勞:斷裂及開裂:冷熱疲勞。冷作模具的失效形式，常見的有以下5種:斷裂;變形;磨損;咬合:啃傷失效。 2、模具失效原因的分析 一批模具不可能均以同一種形式失效，在研究提高模具壽命的技術措施方案時，首先應分析確定這一批模具的主要失效形式，并分析其原因、影響因素，從而提出解決問題的方案。 對大量折斷的小孔凸模分析時發(fā)現(xiàn)，可以將沖小孔凸摸折斷情況歸納成以下幾種： ①導板模和具有導柱模架且用彈壓卸料板對小凸模導向的沖模，其沖小孔凸摸多數(shù)是在沖完死之后折斷，有的還斷在孔中; ②導柱模架沖孔模和帶彈壓卸料板的沖孔模，其沖小孔凸模的折斷多發(fā)生在孔沒沖完之前，而且折斷長度多在凸模桿部與其工作端交接變換的細徑端; ③沖小孔凸模長徑比L/d > 25，又無導向時，容易折斷。 上述情況說明，沖小孔凸模的折斷并非刃口在滿載時產生的接觸應力超過了凸模材料的許用壓應力，而是在沖孔過程中由于凸模剛度不足?？v彎失穩(wěn)，導致折斷。另一種原因就是沖孔時凸模承受了來自沖模結構、送料推拉或其它意外因素產生的側向力并由此產生較大的附加彎矩，使凸模折斷。尤以彈壓卸料板偏斜和導板導向孔與固定板凸模固定孔同軸度差、凹模刃口崩刃或凹模口掉入異物等，凸模極易縱向彎曲折斷。 7.2、提高模具壽命的措施 1、合理設計模具結構及形狀 模具結構的合理性，對模具的承載能力有很大的影響。不合理的結構，會嚴重惡化模具的工作條件、加速模具的損傷，從而大大縮短模具壽命。 根據(jù)以上分析可以確定一點，即沖小孔凸模折斷是其抗縱彎能力不足，解決這個問題的主要措施是： ①嚴格控制沖小孔凸模工作端縱彎自由長度L，使其小于沖孔直徑的5倍; ②沖模結構設計時采取措施，確保沖小孔凸模在工作時具有良好的導向系統(tǒng)，約束其偏斜及縱彎失穩(wěn)。 2、正確選擇模具材料 凸模和凹模是在強壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴有溫度的升高，工作條件極其惡劣。所以對凸、凹模的材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削加工性，硬度高，熱處理變形小，價格低廉。 以上各點要求全部滿足往往是不可能的，這就要根據(jù)具體選用模具材料，做到在滿足使用條件的前提下花錢最少。 ①根據(jù)沖壓零件生產批量的大小:對于大量生產的零件，其模具材料應采用質量較好、耐用度高的材料。反之，應采用較便宜、耐用度稍差的材料。 ②根據(jù)沖壓材料的性質、工序種類及沖模零件的工作條件和作用來選擇模具材料:例如沖裁模的工作零件，是在高單位壓力、強烈的應力集中和沖擊性負荷的條件下工作的，因而，它們應具有較高的強度和硬度、高的耐磨性和足夠的韌性，必須采用9Mn2V, Cr12MoV, YG15等工具鋼或硬質合金。 3、進行合理的熱處理 正確執(zhí)行熱處理工藝，可保證模具獲得所需要的性能，不同的加工方法采用不同的熱處理工藝。例如Cr12MoV通常在線切割加工前進行淬火及回火，且采用較高的淬火與回火溫度，可采用1020 0 C淬火，500 0 C回火;而當完成凸、凹模加工后淬火，為防止變形，宜采用較低溫度淬火及回火，可采用980 0 C淬火，200 0 C回火。另外，Cr12MoV,Cr12等高碳高鉻合金工具鋼模具在淬火前，可采用球化退火作為熱預備熱處理。球化退火工藝規(guī)范為加熱溫度850 0 C一870 0 C，等溫溫度740 0 C~760 0 C。通過球化退火為后續(xù)淬火熱處理作為組織準備，減少淬裂傾向，從而提高模具壽命。 4、采用合適的表面強化處理 在凸、凹模等工作零件的表面(主要是刃口和型腔表面)進行合適的表面強化處理，構成沖模的強化與耐磨復層，從而增強抗磨能力，提高沖模壽命。表面強化處理的方法可分為三大類: ①不改變基體表面化學成分的，如電子束、激光、真空熱處理等; ②改變基體表面化學成分的，如滲碳，碳氮共滲、滲金屬等: ③在基體表面形成硬化層的，如鍍硬鉻、熱噴涂等。根據(jù)具體情況，選擇恰當?shù)谋砻鎻娀幚矸椒?，是提高沖模壽命的有效措施。 5、確保模具在正常的工作條件下工作 ①沖床的剛度 進行精密沖裁時，沖床的剛度極為重要。沖床在承受載荷時，床身產生彈性變形。沖床的精度，既包括靜態(tài)精度，又包括動態(tài)精度，即沖床的剛度。 若沖床的剛性差，則沖裁時床身的彈性變形量將增大。在沖裁過程結束的瞬間，凸模和凹模的相對速度急劇增大，加速了沖模的磨損。此外，沖床的剛性差，易使凸、凹模間隙不均勻，也將加速沖模的磨損。 ②模具的潤滑及潤滑劑 正確的潤滑能大幅度降低沖壓力，改變沖壓過程中工作零件與材料間的摩擦性質，有利于金屬在型腔中的流動和沖壓件的順利出模，散發(fā)摩擦熱，降低模面溫度，減小磨損，提高工件質量和沖模壽命。 總之，沖壓加工對模具壽命提出了越來越高的要求，要提高模具壽命，首先應分析模具的失效形式，然后針對失效形式確定提高模具壽命的措施。實踐證明，合理設計模具結構及形狀、正確選擇模具材料、采用恰當?shù)臎_模制造工藝、熱處理工藝及表面強化處理，使模具在正常的工作條件下工作等措施，均能提高沖模壽命。隨著新工藝、新技術的不斷出現(xiàn)，沖模壽命和質量會不斷延長和提高。 8、 設計總結 本文簡要介紹了當前國內外沖壓工藝和模具設計的發(fā)展現(xiàn)狀和研究進展及其未來發(fā)展趨勢。重點對圓筒件零件的沖壓工藝和模具設計過程作了詳細的闡述，給出了一套沖壓工藝方案和幾套模具以及模具零部件的結構和尺寸，并對其中可能出現(xiàn)的問題進行了探討，提出了可行的解決辦法。其中包括以下幾點主要內容： 1、結合零件圖及其尺寸參數(shù)，對零件進行了工藝性分析，判斷該零件具有良好的沖壓工藝性，可以用沖壓工藝進行生產，并對各種可能工藝方案進行了分析和比較，確定了一套最佳工藝方案。 2、根據(jù)已確定的沖壓工藝方案，結合零件尺寸參數(shù)作了一些必要的計算，得出了一系列設計數(shù)據(jù)，細化了此前提出的工藝方案并作了適當修正。 3、詳細設計了模具的總體結構形式和凹模、凸凹模、沖頭、卸料版等主要零部件及部分輔助零部件的結構形式和尺寸。對部分工作件進行了必要的強度校核，并對其中可能出現(xiàn)的問題作了討論，提出了一些可行的解決辦法，對沖壓工藝和模具結構作了及時的修正。另外，對如何提高模具壽命也作了積極的探討，提出了一些提高模具壽命的有效措施。 作為一名專業(yè)學生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，由于本次大作業(yè)要求用 auto CAD制圖，因此要想更加有效率的制圖，我們必須熟練的掌握它。雖然過去從未獨立應用過它，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現(xiàn)效率好高，記得大一學CAD時覺得好難就是因為我們沒有把自己放在使用者的角度，單單是為了學而學，這樣效率當然不會高。邊學邊用這樣才會提高效率，這是我作本次畢業(yè)設計的第二大收獲。但是由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。 謝 辭 本課題和論文的研究撰寫工作是在王振球老師的悉心指導和幫助下完成的。在這次畢業(yè)設計過程中，王老師不僅給予了筆者巨大的幫助，而且，王老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、深厚的學術功底、客觀求實的科研作風也使筆者受益匪淺，在此，謹向王老師致以衷心的感謝和誠摯的敬意！除了理論知識上的幫助之外，筆者也從王老師身上學習到很多其它的東西，比如對學生嚴格要求，耐心指導和督促學生但又和藹可親的處世風范等，這些都是筆者以后做事和處世的寶貴財富。這次的課程設計對我來說是一次歷練。在課設過程中，我不僅運用了大一大二所學的基礎知識，也充分發(fā)揮了大三一年所掌握的專業(yè)知識，設計的完善也伴隨著知識的鞏固與增長。 本次畢業(yè)設計各項要求均比較嚴格，為了能更加好的完成設計任務，我從圖書館和網上查閱了大量的冷沖模設計資料，使得我在畢業(yè)設計中遇到問題都能等到及時解決，這為我在后來設計階段省下了不少寶貴的時間。 這次的畢業(yè)設計設計使我對冷沖壓模具設計有了更深的認識，不僅能夠將各科知識靈活運用到設計中，之前所學的與模具設計相關的知識體系也得到了完善。同時，我查閱相關書籍資料的能力提高了，相信在今后的學習工作中，我可以更加熟練的做好資料準備工作。 當然，由于我的知識水平有限，缺乏更多的實踐經驗，設計中中難免有不足之處，希望老師對我進行指導，我也會在今后的學習工作中不斷地完善